Сталь

 

СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, ниобий, алюминий, кальций, хром, титан, медь, aSoT и жеАезо, о т л и ч а юЩ а - -: я с я тем, что, с повышения механических свойств, технологичности стали при горячей и холодной пластической деформации и улучшения свариваемости, она дополнительно содержит магний при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,05-0,20 1,1-1,8 Марганец 0,15-0,90 Кремний 0,03-0,10 Ванадий 0,005-0,080 Ниобий 0,02-0,06 Алюминий 0,0005-0,0800 Кальций 0,01-0,30 Хром 0,010-0,035 Титан 0,01-0,30 Медь 0,006-0,026 Азот 0,0005-0,0450 Магний Железо Остальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

О И

РЕСПУБЛИК

0,01-0,30

0,006-0,020

0,0005-0,0450

Остальное

Ф ь

Медь

Азот

Магний

Железо

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНИТЕТ СССР (21) 3592259/22-02 . (22) 20.05.83 (46) 30.09.84. Бюл. В 36 (72) А.В.Рудченко, И.А.Тамарина, В.С.Брежнева, В.М.Бреус, А.М.Поживанов, П.С.Климашии и В.В.Рябов (71) Ордена Трудового Красного

Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им.И.П.Бардина (53) 669.15-194(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 522260, кл. С 22 С 38/12, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

У 802392, кл. С 22 С 38/36, 1981. (54)(57) СТАЛЬ, содержащая углерод, марганец, кремний, ванадий, ниобий, алюминий, кальций, хром, титан, медь, азот и железо, о т л и ч а ю щ а,SU„„> !6090 А

y g С 22 С 38/28 С 22 С 38/38 я с я тем что, с целью повышения механических свойств, технологичности стали при горячей и холодной пластической деформации и улучшения свариваемости, она дополнительно содержит магний при следующем соотношении компонентов, мас.X:

Углерод 0 05-0,20

Марганец 1,1-1 8

Кремний 0,15-0,90

Ванадий 0,03-0, 10

Ниобий 0,005-0,080

Алюминий 0,02-0,06

Кальций 0,0005-0,0800

Хром 0 01-0,30

Титан 0,010-0,035

1 1 1160

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к низколегированным сталям, используемым для изготовления ответственных конструкций, например труб, работающих в условиях низких температур и высоких давлений.

Известна сталь (1 следующего состава, мас.%:

Углерод 0,05-0 30

Марганец 0,4-3,0 1п

Кремний 0,2-1,5

Ванадий 0,001-0,300

Ниобий 0,001-0,200

Азот 0,003-0,050

Алюминий 0,001-0,120

Кальций 0 0005-0,0050

Магний 0,0005-0,0050

Железо Остальное

Недостатком этой стали является то, что высокий уровень механических свойств достигается путем термообработки, что требует дополнительных

1 трудозатрат. Кроме того, такая сталь обладает плохой свариваемостью, что снижает надежность конструкций в . 2 эксплуатации.

Наиболее близкой к изобретеияч по технической сущности и достигаемому результату является сталь Г23 следующего состава, мас ° %:

ЗО

Углерод 0,05-0,15

Марганец 1,2-2,0

Кремний 0,15-0,60

Ванадий 0,03-0,15

Титан О,о05-09100

Ниобий 0,005-0,100

Алюминий О,О05-0,060

Кальций 0,002-0,050

Хром 0,01-0,30

Медь 0,01-0,30

Азот 0,002"0,015

Железо Остальное

Недостатками известной стали являются неудовлетворительные механические свойства, низкая технологичность при горячей и холодной пластической деформации и неудовлетворительная свариваемость.

Целью изобретения является повышение механических свойств стали, 56 ее технологичности при горячей и хо" ладной пластической деформации и улучшение свариваемости.

Указанная цель достигается тем.

Чщ стель, содержащая углерод,марга- -у нец, кремний, ванадий, ниобий, алюминий, кальций, хром, титан, медь, азот и железо, дополнительно содержит

90 2 магний при следующем соотношении компонентов, мас.Х:

Углерод 0,05-0,20

Марганец 1, 1-1,8

Кремний 0,15-0,90

Ванадий 0,03-0, 10

Ниобий 0,005-0,080

Апюминий 0,02-0, 06

Кальций 0,0005-0,0800

Хром 0,01-0,30

Титан 0 010-0 035

Медь 0901-0 9 30

Азот 0,006-0,020

Магний 0,0005-0,0450

Железо Остальное

В предлагаемой стали железо является основой, углерод, марганец, хром и медь — основными легирующими элементами; ванадий, ниобий, кальций, магний, титан — основными микролегирующими элементами и модификаторами стали; азот служит для формирования упрочняющей фазы — нитридных включений. Алюминий регулирует соотношение между оксидными и нитридными включениями и распределение азота между нитридообразующимн элементами.

Элементы, входящие в состав предлагаемой стали, формируют ее структуру и свойства в процессе кристаллизации и последующих процессов охлаждения слитка, горячей прокатки и охлаждении готового проката и находятся в сложной взаимосвязи.

При содержании углерода менее

0,05Х сталь не имеет достаточной прочности, а при содержании его более

0,2Х происходит снижение пластичности и вязкости стали, а также ухудшается свариваемость.

Нижний предел содержания марганца (1,1%) обусловлен требуемым уровнем прочностных свойств для стали данного назначения; при содержании его более

1,8Х снижается пластичность, увели чиваются ликвация и неравномерность структуры и свойств стали, ухудшаетcs свариваемость. Кроме того, наличие марганца в стали в указанных пределах необходимо для подавления процесса выделения карбидов и карбонитридов при повышенной температуре.

Кремний увеличивает прочность стали за. счет упрочнения ферритной матрицы. При содержании менее 0,15% влияние кремния незначительно, а при содержании его более 0,9Х увеличивается хрупкость и снижается ударная

111ГПЭ0 вязкость тали. Кремний необходим такж» и для стабилизации механических свойств, особенно в условиях производства рулонной стали; он задерживает разупрочнение при повышенных температурах смотки полосы в рулон.

Хром повышает устойчивость стали против атмосферной коррозии и увеличивает прочность феррита. При содержании его менее 0,017 коррозионная устойчивость и прочность стали не повышаются, а при содержании более 0,37 происходит охрупчивание стали за счет выделения карбидов хрома и снижение вязкостных характеристик стали. 15

Медь улучшает коррозионную стойкость стали. Нижний предел ее содержания (0,01X) обусловлен обеспечением минимума коррозионной стойкости., а верхний предел (О,ЗЖ) — охрупчива- 20 нием стали за счет выделения меди в свободном состоянии и снижением технологичности металла при горячей прокатке °

Алюминий необходим для получения стали, чистой по кислородным включениям, кроме того, при взаимодействии

его с азотом образуются дисперсные нитриды алюминия, которые приводят к увеличению ударной вязкости стали.

Содержание алюминия менее 0,02Х недостаточно для полного удаления из стали оксидов и образования мелкодисперсных нитридов алюминия. Содержание его более 0,067. приводит к образованию крупных кислородных и нитридных включений, увеличению количества оксидных включений и шпинелей, снижающих пластичность и вязкость стали.

Ванадии, титан и ниобий являются

40 модифицирующими элементами: с азотом они образуют нитриды, а с углеродом— карбонитриды, которые, будучи мелкодисперсными и равномерно распределенными в стали, способствуют одно45 временному повышению ее прочности и ударной вязкости за счет дисперсионного твердения и измельчения зерна.

Присутствие титана, связывающего азот в расплавленном металле, повышает технологичность стали при сварке, так как предотвращает выделение из стали газообразного азота и появление пузырей в сварном шве. 55

Введение в сталь титана приводит к снижению ее трещиночувствительности, так как он связывает азот.в устойчивые нитриды при более высокой температуре, чем алюминий. Содержание титана менее 0,017. не обеспечивает образования нитридов, повьппения трещиночувствительности и технологичности при сварке, а более 0,0357 приводит к появлению крупных нитридов и сульфидов, располагающихся большими скоплениями и снижающих пластичность и вязкость стали, а также технологичность ее при прокатке и сварке.

Введение в сталь ванадия, кроме указанного действия, приводит к снижению скл >нности ее к перегреву и улучшение свариваемости.

Содержание ванадия менее О,ОЗЕ не обеспечивает необходимой прочности и улучшение свариваемости, а более

0,17 приводит к ухудшению вязкостных характеристик за счет развития процессов дисперсного твердения, приводящих к повышению прочности и ухудшению свариваемости.

Содержание ниобия ниже 0,0057. недостаточно для получения дисперсной фазы, а более 0,08Х вызывает снижение ударной вязкости за счет резкого увеличения прочности.

Присутствие в стали титана, ванадия, ниобия выше указанных пределов приводит к образованию пленочных нитридных выделений, которые являясь препятствием для пластической деформации, способствуют накоплению упругой энергии и зарождению микротрещин критического размера, которые в свою очередь становятся инициаторами хрупкого разрушения. Нейтрализация отрицательного действия этих элементов достигается введением в сталь каль- ция и магния

Кальций и магний в стали данного состава выполняют многообразные функции, причем несмотря на то, что в некоторых процессах кальций и магний выполняют одинаковые функции и являются эквивалентными элементами, в ряде процессов кальций и магний проявляют специфические свойства, в силу чего влияние этих элементов на структуру и свойства стали предлагаемого состава различно. Кальций и магний, обладая высокой адсорбционной активностью, препятствуют образованию гетерофазных выделений в межкристаллитных зонах, что затрудняет .зарождение микротрещин, и, следовательно, приводит к повьппению ударной вязкости. Являясь поверхностно-актив1116090

S ными элементами, кальций и магний способствуют очищению границ зерен и усиливают эффективность действия нитридообразующих элементов титана, ниобия и ванадия. Присутствие в стали ,данного состава только кальция без магния является недостаточным для успешного развития указанных процессов. При совместном легировании кальцием и магнием металл имеет более 10 широкий температурный интервал деформируемости, чем при микролегировании только кальцием.

Введение магния обеспечивает повышение технологической пластичности 15 стали как при горячей, так и при холодной пластической деформации, что является важным фактором при изготовлении труб. Кроме того, магний способствует улучшению свариваемости 20 стали и прочности сварочного шва.

Содержание магния менее 0,001Х недостаточно для повышения ударной вязкости, технологичности при горячей и холодной пластической деформацйи и 25 улучшения свариваемости. Содержание его более 0,045 приводит к образованию крупных кислородных включений — . шпинелей, которые снижают пластичность, вязкость стали, ухудшают сва- З0 риваемость.

Кальций контролирует формирование кислородных неметаллических включений благоприятной глобулярной формы и образует сульфидные оболочки вокруг оксидов. Обволакивание;аульфидами кальция кислородных включений способствует повышению ударной вязкости стали и уменьшению склонности к образованию горячих трещин. Содержание 40 кальция менее 0,001Х не вызывает глобуляризации неметаллических вклю :чений, а содержание его более О,OSX приводит к появлению в стали крупных алюминатов кальция, снижающих ее пластичность.

Азот в предлагаемой стали необходим для образования упрочняющей иитридной фазы. Содержание его менее

0,006Х недостаточно для формирования нитридных фаэ, а более 0,02Х

50 нецелесообразно иэ-за возможного появления несвязанного азота в твердом растворе и повышения чувствительности стали к старению, ухудшению качества поверхности листа и свариваеяости стали.

Пример. В индукционной печи выплавляли сталь предложенного и известного составов. Металл прокатывали в горячем,состоянии на лист толщиной 16 мм.

По стандартным методикам определили значения ударной вязкости, предела текучести, временного сопротивления, относительного удлинения и доли вязкой составляющей в изломах образцов, испытывали на свариваемость и изгиб в холодном состоянии.

В табл. 1 приведены составы предложенной и известной сталей, а в табл. 2 — свойства сталей.

Как видно из табл. 1 и 2 сталь предлагаемого состава (плавки 1-4) по сравнению со сталью — прототипом (плавка 5) имеет более высокие механические свойства при комнатной и отрицательной температурах, более высокий запас вязкостных свойств.

Технологичность ее при горячей пластической деформации выше, количество дефектов на поверхности проката меньше, чем у известной. Она имеет хорошую свариваемость, более высокие свойства сварного шва. В процессе сварки свойства стали изменяются незначительно. Сталь плавок 1-3 имеет более высокую пластичность в холодном состоянии.

Сталь может быть использована для производства металлоконструкций северного исполнения. Наиболее перспективная область применения стали— спиральношовные сварные газопроводные трубы диаметром более 1220 мм.

Экономический эффект от использования предлагаемой стали по сравнению с базовым вариантом (стальпрототип) только эа счет увеличения выхода первосортной продукции на 5Х составляет более 1,5 руб./т.

Э о, ж а0 о

v о

Щ

D л о

Щ

Ю л

С4 о л о

an

Ю

Ю л о О о о. л ь л о ь л ь о о л о

Ю

Ю л

РЪ о

Ю л ь

ОЪ о л о о о

С Ъ л

° ь

С Ъ л о .

Ю

Ю л о а0

CI л ь

Ю

Ю л

С Ъ

Ю о л о

СЧ о л ь оЪ

D о ь л ь

О1

Ю о л

Ю

ЗГИ о л о

С4 ь л ь

an ь о о л о

00 о

D л о

D о о

CV о л

СО

С1 л о

ОЪ о о о л

D с Ъ о

С Ъ л

) å о

63

Х л

an

С Ъ о л

3Г)

EV о

CV о ь

Ю л

Ю о о о

Е м

Э

Е

2 ж

cd

М

С4

Ф

В

О

ЧР о л

С1

D л о 3

Ю л о

an о л о

С )

D л о о л о л о

Ю л

00

Ю л

CV

Ю л

Ю ь л

00 о

° \ о

D л о л о л о

СЧ л о

an л

Ю л л о

0h л

С Ъ л

00 л вГ

Ю л о

Ю

O о

С4 л о л о

cd

1

1

1

О 1

1 (ц 1

1

1

1

1

1

1

1 1

I

Ф 1

1 Рi I

I I

I 1

I 1

) — -Ч

I 1

I 1

I 1

1 Рч I

1 I 1

1 I

1 I

1 Уъ

I 1

1 — — )

1 I

I 1

1 М I

i v

1 — — 4

I

1

00 )

I Е

«d 1 ! о!

I

Р

1

I 2 I

1 V

I 1

I 1

1 1

I 1

1.

1 Е- 1

1 1

1

I

) 1-

1 )

I l

I I

1 1

1 I

I 1

)Я)

I Х 1

1 I

I (11

1 I

1 1

I i

1 I

1 г4 1

ОЪ 1

)Я вЂ” 4

I

1 I !

О! ! ф ) 1116090

О о ):

Р М л )::).

1 116090

1

I 2

1 а

1 о

I df

1 Х df ж

М М о 1 а

fd сб

Р сс!

И сН е о а с» сЧ 1 л I (Ч

o v. .9 4

I — 1

I 1 ч 1 л

Гч

I Х а> vВwo

df Х Х Of

k(х х

m o,о о э 1frI 1 щ Н

1 и с л сл

I

1 о î c - и

I . Ch O Ch Ch 4:>

I ао хо

C) сб сЧ х с» о х

Э I dfМ а х

Ю л 1

Ы0 Оо ф df 0 !л Ю И

О1 сс!

Н о сч о х а

fd

М с4

lff

I»

5g о х о аОЮ 1".- Z

1-ю н 1 u v осч v и М

o1 ox Z

И э v сс) g Ж g

lf,aPOef

m м и ааx л бЪ х с9

Х и 4 ое3 а и х м оес

uци

CO л сО

СЧ С 4 С 4 С 4 С 4

СЧ СЧ С 4 С 4 а а л

r Л СО Л

О О С> О Л сО 00 Ch Р1 с 4 C cV N с4 е- Р.) . сч - О и л а

I

I О (X) СО 1О О

Ю О О О сс1

И ж

& о

Е» о а 1 сч с 1 -- сл